利用寬度和厚度相同的翼型葉片的水平軸風(fēng)力發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)，更詳細(xì)地，涉及水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，該水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用寬度和厚度相同的翼型葉片，從而利用風(fēng)和葉片相接觸而產(chǎn)生的升力引起的旋轉(zhuǎn)力，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率及運(yùn)轉(zhuǎn)效率。根據(jù)用于解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題的本發(fā)明，提供利用寬度和厚度相同的翼型葉片的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，包括：塔架，以垂直于地面的方式設(shè)置，機(jī)艙，以能夠以垂直軸為中心旋轉(zhuǎn)的方式與上述塔架的上端相連接，旋轉(zhuǎn)體，與上述機(jī)艙進(jìn)行軸結(jié)合，以及一個(gè)以上的葉片，以形成俯仰角的方式與上述旋轉(zhuǎn)體的外周面相結(jié)合；上述葉片呈翼型的形狀，沿著長(zhǎng)度方向由相同的寬度和厚度形成，以上述葉片的葉尖側(cè)區(qū)域?yàn)橹行?，基于升力產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。
【專利說(shuō)明】利用寬度和厚度相同的翼型葉片的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)，更詳細(xì)地，涉及水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，該水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用寬度和厚度相同的翼型葉片，由此利用風(fēng)和葉片相接觸而產(chǎn)生的升力引起的旋轉(zhuǎn)力，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率及運(yùn)轉(zhuǎn)效率。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著從化石能源產(chǎn)生的溫室氣體被指定為引起全球變暖的要素，全世界為了防止全球變暖而通過(guò)了國(guó)際氣候變化公約，并為了抑制這種溫室氣體的排放而實(shí)施著多種計(jì)劃。當(dāng)前，韓國(guó)同樣面臨著尋找用于減少溫室氣體的排放的解決方案，并謀求用于積極減少化石能源的使用的多種對(duì)策。
[0003]由此，被定義為代替石油、煤炭、原子能及天然氣等化石燃料的新能源的可再生能源備受矚目，可再生能源是指利用液化煤炭、氫能等新能源和動(dòng)植物有機(jī)物、陽(yáng)光、風(fēng)、水、地?zé)岬绒D(zhuǎn)換為環(huán)保且可再生的能源的能源的統(tǒng)稱。
[0004]這些可再生能源具有能夠再生、環(huán)保且無(wú)限制的優(yōu)點(diǎn)，但具有為了提高效率需要不斷研發(fā)以及克服不確定的市場(chǎng)前景的問(wèn)題。
[0005]利用作為可再生能源之一的風(fēng)的風(fēng)力發(fā)電，是利用空氣流動(dòng)所具有的動(dòng)能的空氣動(dòng)力學(xué)特性使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，并利用該機(jī)械能產(chǎn)生電能的技術(shù)。
[0006]風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域最近被提升為替代能源，并且作為持續(xù)高速增長(zhǎng)趨勢(shì)的產(chǎn)業(yè)，由于全世界性溫室氣體縮減義務(wù)化，隨著技術(shù)發(fā)展發(fā)電單價(jià)的下降等理由，成長(zhǎng)不斷加速。
[0007]風(fēng)力發(fā)電由于利用任何地方都存在的無(wú)公害的無(wú)限制的風(fēng)，因而對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響少，能夠有效地利用國(guó)土，并且，就大規(guī)模發(fā)電區(qū)域的發(fā)電單價(jià)而言，即使與現(xiàn)有的發(fā)電方式相比，也不會(huì)降低效率，因此是非常有用的發(fā)電方法。
[0008]但由于風(fēng)較為稀薄，從而在能源密度較低的情況下難以進(jìn)行發(fā)電，因而只能僅限于特定地區(qū)進(jìn)行設(shè)置，并且只有在具有定量的風(fēng)的情況下才能發(fā)電，因而為了穩(wěn)定的供電而需要儲(chǔ)存裝置等設(shè)備，最近因風(fēng)力發(fā)電機(jī)的大型化而存在產(chǎn)生噪聲的問(wèn)題，并具有初期投資費(fèi)用高的缺點(diǎn)。
[0009]現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)包括:高層的塔架,立在地面上,機(jī)艙(nacelle)，設(shè)置于塔架的上端，旋轉(zhuǎn)軸，與上述機(jī)艙相結(jié)合，以及多個(gè)葉片，設(shè)在上述旋轉(zhuǎn)軸的外周面；機(jī)艙的內(nèi)部設(shè)有增速器、發(fā)電機(jī)及控制裝置等，葉片的旋轉(zhuǎn)力經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸到達(dá)發(fā)電機(jī)。
[0010]此時(shí)，上述葉片普遍以如下形態(tài)形成，S卩，在與上述旋轉(zhuǎn)軸相結(jié)合的輪轂部分形成約30°的俯仰角，在葉尖部分形成約2°?3°的俯仰角，且上述葉片以扭曲的方式形成，寬度和厚度逐漸變窄變薄。在此情況下，由于形成俯仰角的葉片傾斜地接收從正面吹來(lái)的風(fēng)，并使風(fēng)自然地通過(guò)葉片的旋轉(zhuǎn)面的后側(cè)，借助由此引起的阻力，使得上述葉片旋轉(zhuǎn)，隨著葉片的旋轉(zhuǎn)，葉片的末端部分產(chǎn)生升力，從而提高葉片的旋轉(zhuǎn)力。即，由于向葉片的旋轉(zhuǎn)面吹來(lái)的風(fēng)在通過(guò)旋轉(zhuǎn)面的過(guò)程中向葉片傳遞能源，因而風(fēng)的速度降低約2/3左右，由此，風(fēng)的流動(dòng)能的最高59.26% (貝茨(Betz)定律)將轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。[0011]但由于如上所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用的是風(fēng)通過(guò)葉片的旋轉(zhuǎn)面從而向葉片傳遞旋轉(zhuǎn)動(dòng)力的結(jié)構(gòu)，因而風(fēng)在通過(guò)葉片之后，風(fēng)速降低，且風(fēng)所具有的流動(dòng)能中與所降低的速度的大小相應(yīng)的大小的能源轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，因此存在動(dòng)力轉(zhuǎn)換效率(Cp)不高的局限性。由此，雖然可適當(dāng)?shù)剡m用于降低基本負(fù)荷的占有率的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，但適用于并非如此的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的情況下，由于動(dòng)力轉(zhuǎn)換效率相對(duì)下降約30%，因而存在發(fā)電輸出功率下降的問(wèn)題。
[0012]并且，現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于在葉片的結(jié)構(gòu)特性方面所需的啟動(dòng)風(fēng)速高，因而在低風(fēng)速區(qū)域存在使用方面的效率下降的問(wèn)題。尤其，當(dāng)觀察全年的不同風(fēng)速的頻率分布時(shí)，若考慮4m/s以下的低風(fēng)速的頻率占60%以上的問(wèn)題，則存在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)效率非常低的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]技術(shù)問(wèn)題
[0014]本發(fā)明為了解決如上所述的現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題而提出的，本發(fā)明的目的在于提供如下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其利用寬度和厚度相同的翼型葉片提高動(dòng)力轉(zhuǎn)換效率，從而發(fā)電效率及運(yùn)轉(zhuǎn)效率高。
[0015]并且，本發(fā)明的再一目的在于提供如下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其具有在小型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中也可根據(jù)風(fēng)速來(lái)調(diào)節(jié)俯仰角的結(jié)構(gòu)，從而提高發(fā)電效率，且即使在非常強(qiáng)的風(fēng)中也能確保穩(wěn)定性。
[0016]并且,本發(fā)明的另一目的在于,利用逆風(fēng)(Up Wind)方式及順風(fēng)(Down Wind)方式降低現(xiàn)有的發(fā)電方式中存在的噪聲及振動(dòng)，上述逆風(fēng)方式利用可沿著風(fēng)吹過(guò)來(lái)的方向保持重心的尾翼，順風(fēng)方式在不包括尾翼的情況下，使吹過(guò)來(lái)的風(fēng)向外側(cè)擠出，而不貫通。
[0017]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題并不局限于以上所述的技術(shù)問(wèn)題，未提及的其他技術(shù)問(wèn)題可由所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通過(guò)本發(fā)明的記載明確地理解。
[0018]技術(shù)方案
[0019]通過(guò)用于解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題的本發(fā)明，提供利用寬度和厚度相同的翼型葉片的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，包括:塔架，以垂直于地面的方式設(shè)置，機(jī)艙，以能夠垂直軸為中心旋轉(zhuǎn)的方式與上述塔架的上端相連接，旋轉(zhuǎn)體，與上述機(jī)艙進(jìn)行軸結(jié)合，以及一個(gè)以上的葉片，以形成俯仰角的方式與上述旋轉(zhuǎn)體的外周面相結(jié)合；上述葉片呈翼型的形狀，沿著長(zhǎng)度方向由相同的寬度和厚度形成，以上述葉片的葉尖側(cè)區(qū)域?yàn)橹行?，基于升力產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。
[0020]優(yōu)選地，本發(fā)明的上述葉片呈上部面和下部面相對(duì)稱的形狀，在上述上部面和下部面這兩面基于升力產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。
[0021]本發(fā)明的上述葉片可呈上部面和下部面不對(duì)稱的形狀。
[0022]優(yōu)選地，本發(fā)明中，上述俯仰角形成0°，當(dāng)上述葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，風(fēng)與隨著上述葉片旋轉(zhuǎn)而形成的旋轉(zhuǎn)面相碰撞，并被引向上述旋轉(zhuǎn)面的圓周方向的邊緣側(cè)，由此將上述風(fēng)的流動(dòng)能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。
[0023]優(yōu)選地，本發(fā)明還包括:風(fēng)速板，與上述旋轉(zhuǎn)的與風(fēng)碰撞的一面相結(jié)合，根據(jù)風(fēng)速調(diào)節(jié)上述風(fēng)速板的水平直線運(yùn)動(dòng)，螺旋彈簧，形成于上述風(fēng)速板不與風(fēng)碰撞的一面，根據(jù)風(fēng)速來(lái)調(diào)節(jié)上述風(fēng)速板的水平直線運(yùn)動(dòng)，第一齒輪，形成于上述風(fēng)速板的不與風(fēng)碰撞的一面，與上述風(fēng)速板同時(shí)進(jìn)行水平直線運(yùn)動(dòng)，以及第二齒輪，形成于上述葉片的輪轂側(cè)，以與上述第一齒輪嚙合的方式進(jìn)行圓運(yùn)動(dòng)；隨著上述風(fēng)速板及第一齒輪的水平直線運(yùn)動(dòng)，上述第二齒輪旋轉(zhuǎn)，能改變上述葉片的俯仰角。
[0024]優(yōu)選地，本發(fā)明還包括:俯仰角調(diào)節(jié)馬達(dá)，與上述旋轉(zhuǎn)體相結(jié)合，以及第三齒輪，與上述俯仰角調(diào)節(jié)馬達(dá)相連接，用于向上述葉片傳遞動(dòng)力；隨著調(diào)節(jié)上述俯仰角調(diào)節(jié)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)量，上述第三齒輪旋轉(zhuǎn)，能改變上述葉片的俯仰角。
[0025]優(yōu)選地，本發(fā)明在上述塔架的一側(cè)還包括風(fēng)速檢測(cè)傳感器。
[0026]優(yōu)選地，本發(fā)明還包括與上述機(jī)艙的后面相結(jié)合的尾翼，從而以逆風(fēng)方式發(fā)電，上述逆風(fēng)方式是指，與上述塔架相比，風(fēng)首先與上述葉片碰撞。
[0027]發(fā)明的效果
[0028]具有如上所述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明具有如下效果，S卩，適用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片呈具有相同的厚度和寬度的翼型的形態(tài)，在上述葉片的很多區(qū)域產(chǎn)生升力和推力，從而不僅提高旋轉(zhuǎn)力，而且風(fēng)無(wú)法貫通將葉片的俯仰角設(shè)定為0°而形成的旋轉(zhuǎn)面，而是將所具有的流動(dòng)能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，由此提高旋轉(zhuǎn)力。
[0029]并且，本發(fā)明具有如下效果，S卩，由于可以改變俯仰角，因而根據(jù)風(fēng)速利用適當(dāng)?shù)母┭鼋牵瑥亩岣甙l(fā)電效率，確保穩(wěn)定性。
[0030]并且，本發(fā)明具有與是否具有尾翼無(wú)關(guān)地減少由現(xiàn)有的發(fā)電方式引起的噪聲及振動(dòng)的效果。
[0031]并且，本發(fā)明具有如下效果，S卩，由于在低風(fēng)速的情況下也能產(chǎn)生高旋轉(zhuǎn)力，因而可設(shè)置于低風(fēng)速的頻率高的場(chǎng)所，從而具有優(yōu)秀的效用性，并由此提高發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的利用寬度和厚度相同的翼型葉片的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的立體圖。
[0033]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的寬度和厚度相同的翼型葉片的立體圖。
[0034]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的寬度和厚度相同的對(duì)稱型翼型葉片的剖視圖。
[0035]圖4為表示本發(fā)明一實(shí)施例的葉片的旋轉(zhuǎn)面及風(fēng)的流動(dòng)的立體圖。
[0036]圖5為表示本發(fā)明一實(shí)施例的包括風(fēng)速板、第一齒輪及第二齒輪并能改變俯仰角的結(jié)構(gòu)的例示圖。
[0037]圖6為表示本發(fā)明一實(shí)施例的包括俯仰角調(diào)節(jié)馬達(dá)及第三齒輪并能改變俯仰角的結(jié)構(gòu)的例示圖。
[0038]圖7為本發(fā)明一實(shí)施例的還包括尾翼的利用寬度和厚度相同的翼型葉片的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的立體圖。
[0039]圖8為本發(fā)明一實(shí)施例的不包括尾翼的利用寬度和厚度相同的翼型葉片的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的立體圖。
[0040]圖9至圖12為表示基于寬度和厚度相同的對(duì)稱型翼型葉片的風(fēng)速的表面的流線分布的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)分析結(jié)果。
[0041]圖13至圖15為表示四種不同形態(tài)的基于寬度和厚度相同的對(duì)稱型翼型葉片的位置的壓力系數(shù)分布的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果。
[0042]圖16及圖17為對(duì)經(jīng)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值分析得出的發(fā)電輸出功率及動(dòng)力轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行比較的例示圖。
[0043]圖18及圖19為對(duì)四種不同形態(tài)的經(jīng)寬度和厚度相同的對(duì)稱型翼型葉片的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果得出的發(fā)電輸出功率及動(dòng)力轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行比較的例示圖。
[0044]附圖標(biāo)記的說(shuō)明
[0045]100:利用寬度和厚度相同的翼型葉片的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)
[0046]110:塔架
[0047]120:機(jī)艙
[0048]130:旋轉(zhuǎn)體
[0049]140:葉片
[0050]200:風(fēng)速板
[0051]210:螺旋彈簧
[0052]220:第一齒輪
[0053]230:第二齒輪
[0054]300:俯仰角調(diào)節(jié)馬達(dá)
[0055]310:第三齒輪
[0056]500:尾翼
【具體實(shí)施方式】
[0057]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0058]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的利用寬度和厚度相同的翼型葉片的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的立體圖。
[0059]如圖1所示，本發(fā)明的利用寬度和厚度相同的翼型葉片的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)100包括:塔架110，以垂直于地面的方式設(shè)置，機(jī)艙120，以能夠以垂直軸為中心旋轉(zhuǎn)的方式與上述塔架110的上端相連接，旋轉(zhuǎn)體130，與上述機(jī)艙120進(jìn)行軸結(jié)合，以及一個(gè)以上的葉片140，以形成俯仰角的方式與上述旋轉(zhuǎn)體130的外周面相結(jié)合；上述葉片140呈翼型的形狀，沿著長(zhǎng)度方向由相同的寬度和厚度形成。這是為了以上述葉片140的葉尖側(cè)區(qū)域?yàn)橹行?，基于升力產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。
[0060]利用寬度和厚度相同的翼型葉片的上述水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)100借助如下方式，即，借助風(fēng)與上述葉片140相接觸時(shí)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，上述旋轉(zhuǎn)體130旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生機(jī)械能。
[0061]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的寬度和厚度相同的翼型葉片的立體圖，圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的寬度和厚度相同的對(duì)稱型翼型葉片的剖視圖。
[0062]如圖2所示，上述葉片140由相同的寬度和厚度形成，并以與翼型，即飛機(jī)的機(jī)翼類似的方式形成。并且，只要查看圖3所示的葉片140的縱斷面就能確認(rèn)，以經(jīng)過(guò)截面的中心的A線為基準(zhǔn)，上部面及下部面以具有相同的彎曲形態(tài)的對(duì)稱形狀形成。但在以經(jīng)過(guò)中心的B線為基準(zhǔn)的情況下，并不是對(duì)稱形狀，而是具有由C線經(jīng)過(guò)的一側(cè)末端的約1/4地點(diǎn)的厚度最厚的形態(tài)。
[0063]但本發(fā)明的寬度和厚度相同的葉片140可形成上部面和下部面具有相同的彎曲形態(tài)的對(duì)稱的形狀，且可以形成上述葉片的上部面和下部面具有預(yù)定的差異的不對(duì)稱的形狀。
[0064]因此，上述葉片140通過(guò)旋轉(zhuǎn)對(duì)風(fēng)進(jìn)行分隔，被分隔的風(fēng)沿著上述葉片140的上部面及下部面流動(dòng)，此時(shí)，上述葉片140的兩側(cè)面都會(huì)流動(dòng)大量的風(fēng)量，而產(chǎn)生升力，由此產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。
[0065]結(jié)果，在現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的情況下，雖然葉片的一面基于升力產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，但在相反的一面由于產(chǎn)生升力及基于該升力產(chǎn)生推力的空間少，因而存在旋轉(zhuǎn)力及發(fā)電量不高的問(wèn)題，但本發(fā)明的對(duì)稱型翼型形狀的葉片140由于在兩側(cè)面均產(chǎn)生升力和推力，因而與以往的風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，具有能夠有效地提高旋轉(zhuǎn)力及發(fā)電量的效果。這種升力和推力以與上述葉片140的旋轉(zhuǎn)成正比的方式增加。
[0066]并優(yōu)選地，上述葉片140以沿著長(zhǎng)度方向由相同的寬度和厚度形成，從而在上述葉片140的很多區(qū)域產(chǎn)生規(guī)定的升力和推力的方式形成，由此帶來(lái)旋轉(zhuǎn)力更加上升的效
果O
[0067]S卩，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在葉片的葉尖部分的約30%區(qū)域根據(jù)高速的空氣流動(dòng)和葉片的相互作用基于升力產(chǎn)生推力，現(xiàn)有的葉片由于該部分的寬度窄，結(jié)果，其面積比例相對(duì)低，因而動(dòng)力轉(zhuǎn)換效率相對(duì)低，但本發(fā)明由于葉片140的總寬度和厚度相同，并在葉尖部分與空氣流動(dòng)相互作用的區(qū)域的面積比例相對(duì)高，因而基于升力產(chǎn)生很大的推力，因而能夠提高其效率。與此相關(guān)的流動(dòng)分析結(jié)果示于圖9至圖12，更加詳細(xì)的說(shuō)明將在下文中予以說(shuō)明。
[0068]并且，上述葉片140以將俯仰角調(diào)節(jié)為0°的狀態(tài)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而可形成旋轉(zhuǎn)面，由此向上述旋轉(zhuǎn)面的圓周方向的邊緣側(cè)引導(dǎo)風(fēng)，而不是使吹過(guò)來(lái)的風(fēng)貫通上述旋轉(zhuǎn)面，并使上述風(fēng)的速度更加增加，從而在將流動(dòng)能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)力方面更加有效。
[0069]S卩，如圖4所示，若上述葉片140以將俯仰角調(diào)節(jié)為0°的狀態(tài)進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，則形成圓盤形狀的旋轉(zhuǎn)面，而吹過(guò)來(lái)的風(fēng)因被上述旋轉(zhuǎn)面阻擋而無(wú)法貫通，并由于繼續(xù)吹來(lái)的風(fēng)而擠向旋轉(zhuǎn)面的圓周方向的邊緣側(cè)。因此，風(fēng)的速度更加增加，從而加大流動(dòng)能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)力的力量，并由此更加提高葉片140的旋轉(zhuǎn)速度，最終能夠獲得高的發(fā)電輸出功率。
[0070]另一方面，由上述葉片140和上述葉片140旋轉(zhuǎn)而成的旋轉(zhuǎn)面形成的俯仰角具有能夠改變的結(jié)構(gòu)。一般來(lái)說(shuō)，俯仰角在0°?30°的范圍內(nèi)發(fā)生變化，而在本發(fā)明中，為了提高發(fā)電效率及運(yùn)轉(zhuǎn)效率，先是維持0°的俯仰角，并在吹來(lái)能夠引起風(fēng)力發(fā)電機(jī)的受損程度的超高速風(fēng)的情況下，增加上述俯仰角，從而引導(dǎo)風(fēng)使風(fēng)貫通旋轉(zhuǎn)面，起到能進(jìn)行穩(wěn)定發(fā)展的作用。
[0071]并且，為了根據(jù)風(fēng)速的變化獲得有效的旋轉(zhuǎn)力，可以隨時(shí)改變俯仰角。并且，為了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有效運(yùn)行，可利用多種角度的俯仰角，例如:在低風(fēng)速條件下，使上述俯仰角形成約30°，從低風(fēng)速條件轉(zhuǎn)換為高風(fēng)速條件，使上述俯仰角逐漸減少，形成約0°等。
[0072]圖5為表示本發(fā)明一實(shí)施例的包括風(fēng)速板、第一齒輪及第二齒輪，并能使俯仰角發(fā)生改變的結(jié)構(gòu)的例示圖。
[0073]如圖5所示，為了能夠轉(zhuǎn)換上述葉片140的俯仰角，本發(fā)明具有如下結(jié)構(gòu)，即，還包括:風(fēng)速板200，與上述旋轉(zhuǎn)體130的與風(fēng)碰撞的一面相結(jié)合，并根據(jù)風(fēng)速進(jìn)行水平直線運(yùn)動(dòng)，螺旋彈簧210，形成于上述風(fēng)速板200不與風(fēng)碰撞的一面，并根據(jù)風(fēng)速來(lái)調(diào)節(jié)上述風(fēng)速板200的水平直線運(yùn)動(dòng)，第一齒輪220，形成于上述風(fēng)速板200的不與風(fēng)碰撞的一面，與上述風(fēng)速板200同時(shí)進(jìn)行水平直線運(yùn)動(dòng)，以及第二齒輪230，形成于上述葉片140的輪轂側(cè)，以與上述第一齒輪220嚙合的方式進(jìn)行圓運(yùn)動(dòng)；隨著上述風(fēng)速板200及第一齒輪220的水平直線運(yùn)動(dòng)，上述第二齒輪230旋轉(zhuǎn)，能改變上述葉片140的俯仰角。
[0074]這是根據(jù)風(fēng)速，上述風(fēng)速板200和第一齒輪220借助上述螺旋彈簧210的作用進(jìn)行水平直線運(yùn)動(dòng)，使以與上述第一齒輪220嚙合的方式進(jìn)行圓運(yùn)動(dòng)的第二齒輪230旋轉(zhuǎn)，由此調(diào)節(jié)俯仰角的方式。
[0075]換言之，在低風(fēng)速條件下，上述風(fēng)速板200以朝向前方進(jìn)行水平直線運(yùn)動(dòng)的方式移動(dòng)，而在高風(fēng)速條件下，利用風(fēng)的壓力上述風(fēng)速板200以朝向后方進(jìn)行水平直線運(yùn)動(dòng)的方式移動(dòng)，此時(shí)，若上述風(fēng)速板200朝向前方進(jìn)行水平直線運(yùn)動(dòng)，則與上述第一齒輪220相嚙合的第二齒輪230旋轉(zhuǎn)，來(lái)增加俯仰角，若上述風(fēng)速板200朝向后方進(jìn)行水平直線運(yùn)動(dòng)，則與上述第一齒輪220相嚙合的第二齒輪230朝向反方向旋轉(zhuǎn)，來(lái)減小俯仰角。
[0076]因此，即使沒有用戶的額外的操作，也能根據(jù)風(fēng)速的變化自動(dòng)改變俯仰角，來(lái)維持適合各風(fēng)速的俯仰角，從而能夠獲得高的動(dòng)力轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。
[0077]圖6為表示本發(fā)明一實(shí)施例的包括俯仰角調(diào)節(jié)馬達(dá)及第三齒輪并能改變俯仰角的結(jié)構(gòu)的例示圖。
[0078]與圖5所示的可利用風(fēng)速板200改變俯仰角的結(jié)構(gòu)不同，圖6所示的用于使俯仰角的轉(zhuǎn)換成為可能的本發(fā)明具有如下結(jié)構(gòu)，即，還包括:俯仰角調(diào)節(jié)馬達(dá)300，與上述旋轉(zhuǎn)體130相結(jié)合，以及第三齒輪310，與上述俯仰角調(diào)節(jié)馬達(dá)300相連接，用于向上述葉片140傳遞動(dòng)力；隨著調(diào)節(jié)上述俯仰角調(diào)節(jié)馬達(dá)300的旋轉(zhuǎn)量，上述第三齒輪310旋轉(zhuǎn)，能改變上述葉片140的俯仰角。
[0079]S卩，在這一情況下，系統(tǒng)檢測(cè)風(fēng)速，并啟動(dòng)上述俯仰角調(diào)節(jié)馬達(dá)300，借助與上述俯仰角調(diào)節(jié)馬達(dá)300相連接的第三齒輪310的旋轉(zhuǎn)，能夠形成所需的適當(dāng)角度的俯仰角，但優(yōu)選地，上述第三齒輪310的數(shù)量以與需要調(diào)節(jié)俯仰角的葉片140的數(shù)量相同的方式形成。
[0080]為了利用上述俯仰角調(diào)節(jié)馬達(dá)300調(diào)節(jié)俯仰角，需要確認(rèn)向當(dāng)前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)吹來(lái)的風(fēng)的風(fēng)速，為此，本發(fā)明還可以在上述塔架110的一側(cè)包括風(fēng)速檢測(cè)傳感器。為了俯仰角的調(diào)節(jié)，可以使用多種方法，例如，可具有與上述風(fēng)速檢測(cè)傳感器相連接，能夠自動(dòng)控制俯仰角的系統(tǒng)，或者參照通過(guò)上述風(fēng)速檢測(cè)傳感器獲得的當(dāng)前風(fēng)速，來(lái)啟動(dòng)俯仰角調(diào)節(jié)馬達(dá)300等。
[0081]圖7為本發(fā)明一實(shí)施例的還包括尾翼的利用寬度和厚度相同的翼型葉片的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的立體圖，圖8為本發(fā)明一實(shí)施例的不包括尾翼的利用寬度和厚度相同的翼型葉片的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的立體圖。
[0082]如圖7所示，還可以包括與上述機(jī)艙120的后面相結(jié)合的尾翼500，從而以與塔架100相比風(fēng)首先與葉片140碰撞的方式發(fā)電。上述尾翼500用于檢測(cè)風(fēng)吹來(lái)的方向，并使上述旋轉(zhuǎn)體130始終朝向風(fēng)吹來(lái)的方向，這種發(fā)電方式被稱為逆風(fēng)方式，而與這種方式相反的順風(fēng)方式為，與葉片140相比風(fēng)首先與塔架110碰撞的方式發(fā)電的方式。
[0083]圖8所示的上述順風(fēng)方式由于不需要尾翼500，因而具有能夠節(jié)約生產(chǎn)成本，簡(jiǎn)化制作方法的優(yōu)點(diǎn)。在普通的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的情況下，若風(fēng)首先通過(guò)塔架之后向葉片流動(dòng)，由此形成紊流或渦流，而為了避免這種由于風(fēng)向旋轉(zhuǎn)面流入而產(chǎn)生振動(dòng)及噪聲，采用逆風(fēng)方式。但在本發(fā)明中，將葉片140的俯仰角設(shè)定為0°，從而使風(fēng)并不貫通因上述葉片140的旋轉(zhuǎn)而形成的旋轉(zhuǎn)面，而是向圓周方向的邊緣側(cè)引導(dǎo)，從而獲得能源，因此旋轉(zhuǎn)面會(huì)替代尾翼500的作用，且風(fēng)即使首先通過(guò)塔架110，也會(huì)減少紊流或渦流的產(chǎn)生，因此具有能夠?qū)⑸鲜鑫闪骰驕u流弓I起的振動(dòng)和噪聲最小化的優(yōu)點(diǎn)。
[0084]因此，本發(fā)明利用寬度和厚度相同的對(duì)稱型翼型翼型形狀的葉片140，從而均能利用無(wú)需尾翼500的順風(fēng)方式及包括上述尾翼500的逆風(fēng)方式進(jìn)行發(fā)電，并且，若以考慮所要設(shè)置的場(chǎng)所的風(fēng)的特性、空間特性及周邊環(huán)境等來(lái)選擇發(fā)電方式，則可以形成更加效率且有效的發(fā)電系統(tǒng)。
[0085]另一方面，為了確認(rèn)適用本發(fā)明的技術(shù)結(jié)構(gòu)的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)質(zhì)發(fā)電效率，實(shí)施了風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)及計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值分析。
[0086]首先，2012年I月31日以表I所示的條件實(shí)施了風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果如表2。
[0087]表I
[0088]
【權(quán)利要求】
1.一種利用寬度和厚度相同的翼型葉片的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)(100)，其特征在于， 包括: 塔架(110)，以垂直于地面的方式設(shè)置， 機(jī)艙(120)，以能夠以垂直軸為中心旋轉(zhuǎn)的方式與上述塔架(110)的上端相連接， 旋轉(zhuǎn)體(130 )，與上述機(jī)艙(120 )進(jìn)行軸結(jié)合，以及 一個(gè)以上的葉片(140)，以形成俯仰角的方式與上述旋轉(zhuǎn)體(130)的外周面相結(jié)合； 上述葉片(140)呈翼型的形狀，沿著長(zhǎng)度方向由相同的寬度和厚度形成，以上述葉片(140)的葉尖側(cè)區(qū)域?yàn)橹行?，基于升力產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用寬度和厚度相同的翼型葉片的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)(100)，其特征在于，上述葉片(140)呈上部面和下部面相對(duì)稱的形狀，在上述上部面和下部面的雙面基于升力產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用寬度和厚度相同的翼型葉片的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)(100)，其特征在于，上述葉片(140)呈上部面和下部面不對(duì)稱的形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用寬度和厚度相同的翼型葉片的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)(100)，其特征在于，上述俯仰角形成0°，當(dāng)上述葉片(140)旋轉(zhuǎn)時(shí)，風(fēng)與隨著上述葉片(140)旋轉(zhuǎn)而形成的旋轉(zhuǎn)面相碰撞，并被引向上述旋轉(zhuǎn)面的圓周方向的邊緣側(cè)，由此將上述風(fēng)的流動(dòng)能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng) 力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用寬度和厚度相同的翼型葉片的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)(100)，其特征在于， 還包括: 風(fēng)速板(200)，與上述旋轉(zhuǎn)體(130)的與風(fēng)碰撞的一面相結(jié)合，根據(jù)風(fēng)速進(jìn)行水平直線運(yùn)動(dòng)， 螺旋彈簧(210)，形成于上述風(fēng)速板(200)不與風(fēng)碰撞的一面，根據(jù)風(fēng)速來(lái)調(diào)節(jié)上述風(fēng)速板(200)的水平直線運(yùn)動(dòng)， 第一齒輪(220)，形成于上述風(fēng)速板(200)的不與風(fēng)碰撞的一面，與上述風(fēng)速板(200)同時(shí)進(jìn)行水平直線運(yùn)動(dòng)，以及 第二齒輪(230)，形成于上述葉片(140)的輪轂側(cè)，以與上述第一齒輪(220)嚙合的方式進(jìn)行圓運(yùn)動(dòng)； 隨著上述風(fēng)速板(200)及第一齒輪(220)的水平直線運(yùn)動(dòng)，上述第二齒輪(230)旋轉(zhuǎn)，能改變上述葉片(140)的俯仰角。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用寬度和厚度相同的翼型葉片的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)(100)，其特征在于， 還包括: 俯仰角調(diào)節(jié)馬達(dá)(300)，與上述旋轉(zhuǎn)體(130)相結(jié)合，以及 第三齒輪(310)，與上述俯仰角調(diào)節(jié)馬達(dá)(300)相連接，用于向上述葉片(140)傳遞動(dòng)力； 隨著調(diào)節(jié)上述俯仰角調(diào)節(jié)馬達(dá)(300)的旋轉(zhuǎn)量，上述第三齒輪(310)旋轉(zhuǎn)，能改變上述葉片(140)的俯仰角。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用寬度和厚度相同的翼型葉片的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)(100)，其特征在于，在上述塔架(110)的一側(cè)還包括風(fēng)速檢測(cè)傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用寬度和厚度相同的翼型葉片的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī) (100)，其特征在于，還包括與上述機(jī)艙(120)的后面相結(jié)合的尾翼(500)，從而以逆風(fēng)方式發(fā)電，上述逆風(fēng)方式是指，與上述塔架(110)相比，風(fēng)首先與上述葉片(140)碰撞。
【文檔編號(hào)】F03D1/06GK103987958SQ201280057202
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月21日
【發(fā)明者】吳榮綠 申請(qǐng)人:吳榮綠